44597 - SISTEMI ELETTRICI PER L'ENERGIA LS (9 CFU)

Conoscenze e abilità da conseguire

Il corso si propone di fornire gli elementi alla base della progettazione, pianificazione e gestione dei sistemi elettrici di trasporto e distribuzione dell'energia elettrica. Esso lascia al corso di "Centrali elettriche" il compito di fornire gli analoghi elementi per le centrali nonché l'approfondimento degli argomenti strettamente in comune ai due corsi.

Contenuti

Richiami sulle linee elettriche. Caratteristiche costruttive delle linee aeree: conduttori a fascio; sostegni; funi di guardia. I parametri primari e secondari per unità di lunghezza: resistenza, induttanza di servizio, capacità di servizio, conduttanza. Linee in cavo: cenni ai tipi di cavo più impiegati. Le linee elettriche in regime permanente; impedenza caratteristica e impedenza d'onda; costanti di attenuazione, di propagazione e di fase; velocità di propagazione; lunghezza d'onda; potenza caratteristica e naturale. Calcolo elettrico delle grandi linee. La linea considerata come doppio bipolo; diagramma vettoriale della linea di Baum e Perrine; cenni ai diagrammi circolari delle potenze.

 

Richiami sullo studio dei flussi di potenza nelle reti (Load flow). Richiami sulla impostazione del problema del calcolo della ripartizione dei flussi di potenza. Risoluzione del problema: i metodi alla Gauss-Seidel ed alla Newton-Raphson. Le approssimazioni dei metodi di soluzione: l'approssimazione in corrente continua, di Carpentier e di Stott. Le curve delle prestazioni limite dei generatori sincroni trifase per macchine isotrope lineari. Cenni al dispacciamento economico.

 

Stabilità del parallelo. Stabilità di macchina sincrona collegata a motore sincrono e a rete di potenza infinita. Concetto di stabilità 'statica' e di stabilità transitoria. Equazioni del moto. Criterio delle aree. Applicazione del criterio delle aree ad alcuni casi notevoli (Guasto trifase seguito da apertura permanente o da richiusura riuscita per linee a doppia terna, a semplice terna, ...). Calcolo dell'angolo di spostamento del rotore. Calcolo ed analisi delle piccole oscillazioni di una macchina sincrona collegata a rete di potenza infinita. Concetto di stabilità dinamica.

 

Calcolo delle correnti di cortocircuito. Il cortocircuito e le conseguenze negli impianti. I regimi transitori (aperiodici) di c.c.. Richiamo sui circuiti equivalenti di sequenza degli elementi costituenti i sistemi elettrici (generatori, trasformatori, linee). Metodologie di calcolo delle correnti di c.c. in regime permanente in reti complesse per vari tipi di c.c. (trifasi, monofasi a terra, tra due fasi tra due fasi e terra). Procedure di soluzione per reti a molti nodi. La matrice delle impedenze.

 

Le protezioni delle linee e dei trasformatori. Requisiti di un sistema di protezione. Classificazione e tipi di relé. Protezioni delle linee: protezioni distanziometriche; protezioni con relé direzionali. Protezioni dei trasformatori: protezione differenziale; relé Bucholz; protezioni di terra; protezioni contro i guasti esterni. Protezioni delle sbarre. Protezioni contro i sovraccarichi (cenni).

 

Regolazione della tensione. Regolazione della tensione nelle reti di trasporto e di distribuzione primaria e secondaria. Rifasamento e controllo dei flussi di potenza reattiva. Trasformatori a rapporto di trasformazione variabile. Il collasso della tensione.

 

Regolazione della frequenza. Comportamento tipico di un regolatore di velocità di un gruppo termoelettrico. La regolazione della frequenza primaria in un sistema 'generatore con carichi'. La regolazione della frequenza secondaria nel sistema 'generatore con carichi'. La regolazione della frequenza in un sistema con più generatori e la ripartizione del carico attivo tra le centrali di una rete. Regolazione frequenza-potenza per reti interconnesse.

 

Coordinamento dell'isolamento. Approccio probabilistico del problema. Il ruolo delle sovratensioni di origine atmosferica. Cenni alla fenomenologia della fulminazione; i sistemi di rilevamento fulmini; protezione delle linee di trasmissione da fulminazione diretta (‘shielding failure’ e ‘back-flashover’); protezione della linee di distribuzione dalle fulminazioni indirette; strutture tipiche e funzionamento degli scaricatori; funi di guardia e loro ruolo nella protezione delle linee aeree.

 

I transitori elettromagnetici nei sistemi di potenza. Onde viaggianti su linee prive di perdite; coefficienti di riflessione e trasmissione; linea con terminazione non puramente resistiva; generatore equivalente; riflessioni multiple in una linea priva di perdite di lunghezza finita. Propagazione su linee con perdite; impedenza del suolo; formula di Carson. Il metodo di Bergeron; Il codice di calcolo Electro Magnetic Transient Program (EMTP). Applicazione allo studio della protezione delle linee elettriche dalle fulminazioni.

 

Impiego della corrente continua (cenni). Casi in cui può convenire la utilizzazione di linee in corrente continua, per il trasporto di energia su grandi distanze, per collegamenti sottomarini e per scambi di energia tra grandi reti (back-to-back) come nel caso del collegamento tra le reti dell'Europa occidentale e orientale.

Testi/Bibliografia

- R. Marin, M. Valtorta, Trasmissione ed interconnessione, V Ed., Cedam, Padova, 1973.

- D. Zanobetti, M. Pezzi, Lezioni di impianti elettrici, CLUEB, Bologna, 1981.

- F. Iliceto, Impianti elettrici, Pàtron, 1981.

- R. Marconato, Sistemi elettrici di potenza, 2 voll. CLUP, Milano, 1985.

- A. Paolucci, Lezioni di trasmissione dell'energia elettrica, Cleup, Padova, 1990.

- G. Malaman, A Giorgi, M. Calzati, Teletrasmissioni al servizio delle reti elettriche di energia, Pitagora editrice, Bologna, 1988.

Metodi didattici

Il corso comprende esercitazioni sia in aula (calcolo delle correnti di corto circuito, calcolo della stabilità di trasmissione) sia al calcolatore (calcolo del load-flow di reti ad alta tensione, calcolo dei transitori elettromagnetici delle linee) ed è di regola completato da una visita ad una grande sottostazione dell'ENEL, di cui in precedenza viene illustrato in dettaglio lo schema.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame consiste di una prova scritta, superata la quale è possibile accedere alla prova orale.

Strumenti a supporto della didattica

Sono disponibili dispense aggiornate redatte dal docente al sito http://www.ing.unibo.it/nucci/

Link ad altre eventuali informazioni

http://www.lisep.ing.unibo.it

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Carlo Alberto Nucci